專利名稱：高速緩存一致性方法和對稱多處理系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及對稱多處理(SMP)系統(tǒng)的領域，并且，更具體地，涉及用于SMP系統(tǒng)的高速緩存線管理(cache line management)。
背景技術：
SMP系統(tǒng)一般表示具有在高速總線上彼此耦接的多個處理單元的計算平臺。在計算任務的并發(fā)處理中，在為了提高系統(tǒng)作為整體的計算性能的方面，SMP系統(tǒng)已被證明是有效的。SMP系統(tǒng)的范圍可以從松散耦合到緊密耦合。在松散耦合的SMP系統(tǒng)中，每個處理單元是獨立的，并共享公共存儲器、以及通信資源。注意，在松散耦合的系統(tǒng)中，每個處理單元可處理任何處理任務。相比之下，在緊密耦合的SMP系統(tǒng)中，處理單元被組合在一起，并且，可為每個處理單元指定特定類型的任務。
正如在單處理環(huán)境的情況中那樣，在SMP環(huán)境中，數(shù)據(jù)高速緩存可具有對可執(zhí)行處理任務的速度的顯著的影響。然而，在SMP環(huán)境中，與單處理環(huán)境不同，在跨越用于多個不同的處理單元的多個數(shù)據(jù)高速緩存而進行的數(shù)據(jù)高速緩存的協(xié)調和管理中，存在本質上的挑戰(zhàn)。跨越多個數(shù)據(jù)高速緩存而進行數(shù)據(jù)高速緩存的協(xié)調和管理、以便在可能在不同的計算節(jié)點內(nèi)訪問的高速緩存線之間確保一貫性(consistency)已經(jīng)被稱為高速緩存一致性(coherence)的實踐。
SMP系統(tǒng)通常采用“監(jiān)聽(snoopy)”機制來確保高速緩存一致性。在操作中，當出現(xiàn)高速緩存故障(miss)時，正在請求的高速緩存將高速緩存請求發(fā)送到主存儲器、以及其全部同等(peer)的高速緩存。當同等的高速緩存接收到高速緩存請求時，同等的高速緩存“監(jiān)聽”其高速緩存目錄，并產(chǎn)生指示是否發(fā)現(xiàn)所請求的數(shù)據(jù)、以及對應的高速緩存線的狀態(tài)的高速緩存監(jiān)聽響應。如果在同等的高速緩存中發(fā)現(xiàn)所請求的數(shù)據(jù)，則同等的高速緩存可經(jīng)由高速緩存到高速緩存?zhèn)鬏?，而向正在請求的高速緩存提供該?shù)據(jù)。存儲器負責在不能由任何同等的高速緩存提供該數(shù)據(jù)的情況下提供所請求的數(shù)據(jù)。這樣，可通過在對數(shù)據(jù)請求響應之前、檢查SMP系統(tǒng)中的所有高速緩存，而實現(xiàn)高速緩存一致性。
存在本領域的技術人員所知曉的很多用于實現(xiàn)高速緩存一致性的技術。已提出了很多監(jiān)聽高速緩存一致性協(xié)議，包括修改排它共享無效(MESI)一致性協(xié)議。MESI定義了四種高速緩存狀態(tài)修改(M)、排它(E)、共享(S)、以及無效(I)。在無效狀態(tài)中，關聯(lián)的數(shù)據(jù)無效，而在共享狀態(tài)中，關聯(lián)的數(shù)據(jù)有效，并還可在其它節(jié)點的高速緩存中有效。當在修改狀態(tài)中從存儲器或其它高速緩存提供數(shù)據(jù)時，進入共享狀態(tài)，并且，對應的監(jiān)聽響應示出數(shù)據(jù)在其它高速緩存中的至少一個中有效。在排它狀態(tài)中，關聯(lián)的數(shù)據(jù)有效，且未被修改。但是，關聯(lián)的數(shù)據(jù)是以排它方式擁有的，且不能在其它高速緩存中有效。當在修改狀態(tài)中從存儲器或其它高速緩存提供關聯(lián)的數(shù)據(jù)時，進入排它狀態(tài)。最后，在修改狀態(tài)中，關聯(lián)的數(shù)據(jù)是有效的，且已被修改。但是，如前所述，數(shù)據(jù)是以排它方式擁有的，且不能在其它高速緩存中有效。
實踐中，在SMP系統(tǒng)中，可如同在用于原位(home)節(jié)點和與同等的高速緩存相對應的本地節(jié)點的節(jié)點控制器之間那樣，管理被本地節(jié)點中的同等的高速緩存請求使用的高速緩存線。通常，一旦本地節(jié)點中的同等的高速緩存已經(jīng)遠程得到高速緩存線的副本，則本地節(jié)點中的正在請求的處理器便可利用同等的高速緩存中的高速緩存線，并且，處理器可丟棄高速緩存線，從而導致從排它到無效的高速緩存線的狀態(tài)轉變，如本領域中所公知的那樣。
由于SMP系統(tǒng)中的用于不同的節(jié)點的不同的節(jié)點控制器不相互通信，所以，除了用于本地高速緩存的節(jié)點控制器之外的所有節(jié)點控制器將保持對在本地節(jié)點中的高速緩存線的隱藏的(silent)的無效狀態(tài)轉變的忽略。相反，僅在由用于原位節(jié)點中的高速緩存的節(jié)點控制器處理對于高速緩存線的后續(xù)請求時，其它節(jié)點控制器才開始意識到高速緩存線的無效狀態(tài)。由此，可導致實質上的等待時間(latency)，并且，用于不同的節(jié)點控制器的本地目錄將不必要地浪費存儲用于無效高速緩存線的條目(entry)的存儲空間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實施例提出了與高速緩存一致性管理有關的現(xiàn)有技術的缺陷，并提供了用于SMP環(huán)境中的隱蔽的無效狀態(tài)轉變處理新穎且非顯而易見的方法、系統(tǒng)和設備。在本發(fā)明的一個實施例中，可提供高速緩存一致性方法。該高速緩存一致性方法可包括識別針對本地節(jié)點中的高速緩存線的無效狀態(tài)轉變；除去用于該高速緩存線的對應的高速緩存目錄條目；將無效狀態(tài)轉變通知轉發(fā)到用于該高速緩存線的原位節(jié)點的節(jié)點控制器，以便該原位節(jié)點除去用于該高速緩存線的對應的高速緩存目錄條目；以及釋放該高速緩存線對原位節(jié)點的擁有。
在本發(fā)明的另一個實施例中，可提供SMP系統(tǒng)。該SMP系統(tǒng)可包括多個節(jié)點，每個節(jié)點包括節(jié)點控制器、以及相互交叉耦接的多個處理器。該SMP系統(tǒng)還可包括耦接到每個節(jié)點控制器的至少一個高速緩存目錄。最后，該SMP系統(tǒng)可包括耦接到每個節(jié)點控制器的無效狀態(tài)轉變邏輯。無效狀態(tài)轉變邏輯可包括能夠進行以下操作的程序代碼，所述操作即識別針對本地節(jié)點中的高速緩存線的無效狀態(tài)轉變；除去用于該高速緩存線的對應的高速緩存目錄條目；以及將無效狀態(tài)轉變通知轉發(fā)到用于該高速緩存線的原位節(jié)點的節(jié)點控制器，以便該原位節(jié)點除去用于該高速緩存線的對應的高速緩存目錄條目。
本發(fā)明的附加方面將在后面的描述中被部分地闡述，并且，部分地，將從該描述中變得清楚，或可通過本發(fā)明的實踐而領會。將通過在所附權利要求中具體指出的元素和組合的方式而實現(xiàn)并達到本發(fā)明的方面。應理解，前面的一般性描述、以及后面的詳細描述為示例、且僅為示例性的，并且，如所要求的那樣，不限制本發(fā)明。


在此合并并且構成此說明書的一部分的附解了本發(fā)明的實施例，并且，連同描述一起用來說明本發(fā)明的原理。這里圖解的實施例是當前優(yōu)選的，然而，應理解，本發(fā)明不限于所示出的具體的設置和裝置，附圖中圖1是針對隱蔽的無效狀態(tài)轉變處理(handling)而配置的SMP系統(tǒng)的示意圖；以及圖2A和2B總體上為圖解用于在SMP環(huán)境中的隱蔽的無效狀態(tài)轉變處理的過程的流程圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的實施例提供了用于SMP環(huán)境中的隱蔽的無效狀態(tài)轉變處理的方法、系統(tǒng)和計算機程序產(chǎn)品。根據(jù)本發(fā)明的實施例，每當SMP系統(tǒng)的本地節(jié)點的高速緩存中的高速緩存線轉變?yōu)闊o效狀態(tài)時，用于本地節(jié)點的節(jié)點控制器便可向用于原位節(jié)點的節(jié)點控制器通知該高速緩存線。作為響應，所述兩個節(jié)點控制器均從各自的目錄除去(evict)該高速緩存線。這樣，在對于該高速緩存線的后續(xù)的請求中，將不會產(chǎn)生從針對所請求的高速緩存線而檢測到隱蔽的狀態(tài)轉變引起的等待時間。此外，用于相應的節(jié)點控制器的目錄將不會不必要地存儲用于無效的高速緩存線的條目。
在進一步的說明中，圖1是針對隱蔽的無效狀態(tài)轉變處理而配置的SMP系統(tǒng)的示意圖。SMP系統(tǒng)100可包括一個或多個處理器節(jié)點160，每個處理器節(jié)點160包括一個或多個處理器110，其中，所述處理器110通過中央處理單元(CPU)總線相互耦接，并協(xié)調執(zhí)行如由主機操作系統(tǒng)或應用邏輯(未示出)提供的指令。每個節(jié)點160可包括節(jié)點控制器120，并且，每個節(jié)點控制器120可包括固件邏輯，其包括能夠為由節(jié)點160中的一個或多個處理器110發(fā)出的控制信息和用于訪問請求的地址信息進行解碼的程序代碼。注意，SMP系統(tǒng)100可實現(xiàn)用于高速緩存一致性的MESI協(xié)議。
每個節(jié)點控制器120可耦接到對應的本地高速緩存目錄130、以及對應的共享高速緩存目錄140。本地高速緩存目錄130可包括用于本地放置的高速緩存線的目錄列表，而不考慮對應的節(jié)點160是針對高速緩存線的原位節(jié)點還是本地節(jié)點。相反，共享高速緩存目錄140可包括本地放置的高速緩存線的目錄，其中，對應的節(jié)點160是針對高速緩存線的原位節(jié)點。
注意，無效狀態(tài)轉變邏輯200可耦接到每個節(jié)點控制器120。無效狀態(tài)轉變邏輯200可包括能夠為從節(jié)點160中的處理器110接收針對特定高速緩存線的無效狀態(tài)轉變的通知的程序代碼。還可使該程序代碼能夠向其它耦接的節(jié)點控制器120廣播狀態(tài)轉變。一旦接收到針對高速緩存線的無效狀態(tài)轉變的通知，每個節(jié)點控制器120便可根據(jù)情況，而從本地高速緩存目錄130、以及共享高速緩存目錄140中的相應的高速緩存目錄排除高速緩存線。
在無效狀態(tài)轉變邏輯的操作的更具體的說明中，圖2A和2B總體上為圖解用于在SMP環(huán)境中的隱蔽的無效狀態(tài)轉變處理的過程的流程圖。首先，考慮圖2A中示出的過程，從塊210中開始，其中，可相對于特定高速緩存線而接收狀態(tài)改變通知?？捎删哂杏米鞲咚倬彺婢€的本地節(jié)點的節(jié)點的處理器發(fā)出、并且由該節(jié)點的對應的節(jié)點控制器接收狀態(tài)改變通知。
響應于接收到狀態(tài)改變通知，在塊220中，節(jié)點控制器可從用于該節(jié)點的本地高速緩存目錄除去該高速緩存線。之后，在塊230中，可將通知轉發(fā)到用于該高速緩存線的原位節(jié)點的節(jié)點控制器。就此，可將該通知直接轉發(fā)到用于該高速緩存線的原位節(jié)點的節(jié)點控制器，或者，可向SMP系統(tǒng)中的所有節(jié)點控制器廣播該通知，由此，確保原位節(jié)點接收到該通知，而不需要維持對于用于高速緩存線的任一個原位節(jié)點的標識的注意。
注意，然而，可由用于本地節(jié)點的節(jié)點控制器選擇性地保持高速緩存線的副本，而不釋放(relinquish)對其中已檢測到無意中的無效狀態(tài)轉變的原位節(jié)點的擁有。具體地，通過識別出特定的命令類型經(jīng)常引發(fā)例如總線讀取部分(Bus Request Partial，BRP)的無效狀態(tài)轉變，命令類型的檢測可引起高速緩存線的副本的保留，而不釋放對原位節(jié)點的擁有，以便實現(xiàn)對于本地節(jié)點中的高速緩存線的后續(xù)請求的更快的處理速度。
現(xiàn)在，轉到圖2B，在塊240中，用于原位節(jié)點的節(jié)點控制器可從用于本地節(jié)點的節(jié)點控制器接收通知，該通知即已對于高速緩存線出現(xiàn)了無效狀態(tài)轉變；以及該高速緩存線在本地節(jié)點域中不再有效。作為響應，在塊250中，用于該高速緩存線的原位節(jié)點的節(jié)點控制器可從共享高速緩存目錄中除去用于該高速緩存線的條目。這樣，當處理器搜尋該高速緩存線的副本時，所有本地高速緩存代理(agent)將通過空白(clean)監(jiān)聽響應而進行響應，并且，正在請求的處理器將從原位節(jié)點的高速緩存檢索該高速緩存線的副本。
本發(fā)明的實施例可采用全部硬件實施例、全部軟件實施例、或包含硬件和軟件元素的實施例的形式。在優(yōu)選實施例中，以軟件方式實現(xiàn)本發(fā)明，其包括但不限于固件、駐留軟件、微碼等。此外，本發(fā)明可采用可從計算機可用或計算機可讀介質訪問的計算機程序產(chǎn)品的形式，其中，所述介質提供由計算機或任意指令執(zhí)行系統(tǒng)使用、或結合計算機或任意指令執(zhí)行系統(tǒng)而使用的程序代碼。
為了此描述的目的，計算機可用或計算機可讀介質可為能夠包含、存儲、傳遞、傳播、或傳輸由指令執(zhí)行系統(tǒng)、設備或裝置使用、或結合指令執(zhí)行系統(tǒng)、設備或裝置而使用的程序。該介質可為電、磁、光、電磁、紅外、或半導體系統(tǒng)(或者，設備或裝置)、或傳播介質。計算機可讀介質的例子包括半導體或固態(tài)存儲器、磁帶、可拆卸計算機盤、隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、固定磁盤和光盤。光盤的當前例子包括致密盤-只讀存儲器(CD-ROM)、致密盤-讀/寫(CD-R/W)、以及DVD。
適于存儲和/或執(zhí)行程序代碼的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)將包括直接或通過系統(tǒng)總線而間接耦接到存儲元件的至少一個處理器。所述存儲元件可包括在程序代碼的實際執(zhí)行期間采用的本地存儲器、大容量存儲裝置、以及提供對于至少一些程序代碼的暫時存儲以便減小在執(zhí)行期間必須從大容量存儲裝置檢索代碼的次數(shù)的高速緩沖存儲器。輸入/輸出或I/O裝置(包括但不限于鍵盤、顯示器、定點裝置等)可直接或通過中間I/O控制器而耦接到該系統(tǒng)。網(wǎng)絡適配器也可耦接到該系統(tǒng)，以使該數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)能夠通過中間的私有或公共網(wǎng)絡而耦接到其它數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、或遠程打印機或存儲裝置。調制解調器、有線電視調制解調器、以及以太網(wǎng)卡正是當前可用的網(wǎng)絡適配器的類型中的一些。
權利要求
1.一種高速緩存一致性方法，包括識別針對本地節(jié)點中的高速緩存線的無效狀態(tài)轉變；除去用于該高速緩存線的對應的高速緩存目錄條目；將無效狀態(tài)轉變通知轉發(fā)到用于該高速緩存線的原位節(jié)點的節(jié)點控制器，以便該原位節(jié)點除去用于該高速緩存線的對應的高速緩存目錄條目；以及釋放該高速緩存線對原位節(jié)點的擁有。
2.如權利要求1所述的方法，還包括檢測引發(fā)無效狀態(tài)轉變的特定的命令類型；以及在該本地節(jié)點中保持該高速緩存線的副本。
3.如權利要求2所述的方法，其中，檢測引發(fā)無效狀態(tài)轉變的特定的命令類型包括檢測引發(fā)無效狀態(tài)轉變的總線請求部分(BRP)命令。
4.如權利要求1所述的方法，其中，除去用于該高速緩存線的對應的高速緩存目錄條目包括除去用于該高速緩存線的對應的本地高速緩存目錄條目。
5.如權利要求1所述的方法，其中，將無效狀態(tài)轉變通知轉發(fā)到用于該高速緩存線的原位節(jié)點的節(jié)點控制器、以便該原位節(jié)點除去用于該高速緩存線的對應的高速緩存目錄條目包括將無效狀態(tài)轉變通知轉發(fā)到用于該高速緩存線的原位節(jié)點的節(jié)點控制器，以便該原位節(jié)點除去用于該高速緩存線的對應的共享高速緩存目錄條目。
6.一種對稱多處理(SMP)系統(tǒng)，包括多個節(jié)點，每個節(jié)點包括節(jié)點控制器、以及相互交叉耦接的多個處理器；耦接到每個節(jié)點控制器的至少一個高速緩存目錄；以及耦接到每個節(jié)點控制器的無效狀態(tài)轉變邏輯，該無效狀態(tài)轉變邏輯包括能夠進行以下操作的程序代碼，所述操作即識別針對本地節(jié)點中的高速緩存線的無效狀態(tài)轉變；除去用于該高速緩存線的對應的高速緩存目錄條目；以及將無效狀態(tài)轉變通知轉發(fā)到用于該高速緩存線的原位節(jié)點的節(jié)點控制器，以便該原位節(jié)點除去用于該高速緩存線的對應的高速緩存目錄條目。
7.如權利要求6所述的SMP系統(tǒng)，其中，所述至少一個高速緩存目錄包括本地高速緩存目錄和共享高速緩存目錄中的至少一個。
8.如權利要求6所述的SMP系統(tǒng)，其中，該SMP系統(tǒng)采用修改排它共享無效(MESI)高速緩存一致性協(xié)議。
全文摘要
本發(fā)明的實施例提出了與高速緩存一致性管理有關的現(xiàn)有技術的缺陷，并提供了用于SMP環(huán)境中的隱蔽的無效狀態(tài)轉變處理新穎且非顯而易見的方法、系統(tǒng)和設備。在本發(fā)明的一個實施例中，可提供高速緩存一致性方法。該高速緩存一致性方法可包括識別針對本地節(jié)點中的高速緩存線的無效狀態(tài)轉變；除去用于該高速緩存線的對應的高速緩存目錄條目；將無效狀態(tài)轉變通知轉發(fā)到用于該高速緩存線的原位節(jié)點的節(jié)點控制器，以便該原位節(jié)點除去用于該高速緩存線的對應的高速緩存目錄條目；以及釋放該高速緩存線對原位節(jié)點的擁有。
文檔編號G06F12/08GK101093464SQ20071011201
公開日2007年12月26日 申請日期2007年6月19日 優(yōu)先權日2006年6月19日
發(fā)明者馬庫斯·L·科恩蓋, 恩甘·N·法姆, 布賴恩·T·范德普爾 申請人:國際商業(yè)機器公司